دانلود مقاله بهسازی زمین های آبرفتی به روش تزریق سیمان

تکنولوژی تزریق بعنوان یک راه حل مهندسی ، یک تکنیک کهن در بسیاری زمین است که درحدود دو قرن قدمت دارد.

تزریق در زمین برای نخستین بار توسط شخصی بنام Berigny در سال 1802 انجام شد و لکن این تکنیک ، تنها در چند دهه اخیر پیشرفت نموده و اکنون بعنوان یک تکنیک برتر شناخته شده است .

از آنجا که کیفیت این تکنیک در بهسازی زمین در رابطه با اجرای انواع سازه‌های بزرگ و مهم در اکثر کشورهای صنعتی پیشرفته به عنوان یک راه حل مفید و موثر کاملا ً مورد قبول متخصصین است ، در نتیجه وجود مشکلات و موانع خاصی نظیر مسائل مکانیک خاک منطقه عمل اعم از پائین بودن مقاومت زمین ، پائین بودن پی سنگ ، تخلخل زیاد ، احتمال نشست یا مشکلات زمین شناسی همانند وجود شکستگی‌های زیاد در منطقه ، تکتونیزه بودن محل ،‌وجود غارهای زیرزمینی ، بالا بودن سطح آبهای زیرزمینی ، هوا زدگی لایه‌ها ، تشکیلات مختلف زمین شناسی از لحاظ جنس ، شیب و ضخامت لایه‌ها ، یا نفوذ پذیری زمین منطقه عملیاتی ، مشکلات خاکبرداری ،‌مشکلات ناشی از فرار آب ،‌وجود باتلاش و لجن زار و ...

اجرای هیچ پروژه مهم و ضروری را تحت الشعاع قرار نمی دهد .

چرا که تزریق بعنوان موثرترین و اغلب اقتصادی ترین راه حل بوده که برطرف کننده و یا کاهش دهنده اکثریت موانع و مشکلات طبیعی و حتی مصنوعی منطقه مورد نظر می‌تواند باشد ،‌که البته این تکنیک حتی در برطرف کردن مشکلات سازه‌های اجراء شده نیز کاربرد شایانی دارد ( بلند کردن ساختمانهای نشست کرده ، جلوگیری از ریزش تونلها در مناطق سنگریزه‌ای ، جلوگیری از تراوش آب در انواع سدهای ساخته شده در گذشته و.....) برجسته‌ترین موفقیت در تزریق مربوط به زمانیست که از تزریق در معادن استفاده شد .

آن زمان باز کردن معبرها بوسیله تزریق به آسانی انجام می گرفت .

تکنیک تزریق همزمان با دوره ساخت سدهای بزرگ رشد یافته است .

ساخته شدن بعضی از این سدها فقط در اثر عملیات تزریق امکان پذیر بوده است ، ‌مخصوصاً سدهای خاکی با دهها متر ارتفاع ،‌که روی رسوبات آبرفتی ضخیم قرار گرفته بودند اجراء اینگونه سدهای خاکی یک اثر انکار ناپذیر روی تکنیک تزریق در زمینهای آبرفتی داشت ،‌زیرا تا آن زمان تکنیک تزریق در زمین‌های آبرفتی پیشرفت خیلی کمی داشت در حالیکه تزریق در سنگها کاملاً شناخته شده و پیشرفته بود .

دلیل این عدم پیشرفت احتمالاً این بود که نخستین سازه‌ها بر روی سنگها و صخره‌ها ساخته می‌شد و مهمتری از همه تزریق در سنگها به نخستین سازه‌ها بر روی سنگها و صخره‌ها ساخته می‌شد و مهمتر از همه تزریق در سنگها به مسائل مشکل و پیچیده‌ای همانند داشتن اطلاعات و دانش تجربی تزریق در آبرفتها نیاز نداشت .

با این وصف تزریق در آبرفتها بطور چشمگیری پیشرفت کرده و امروزه این امکان را بوجود آورده که کارهای واقعاً مشکل و مهمی در اعمال زمینهای مناطق شهری به نحو احسن انجام گیرد .

بهسازی زمین منطقه‌ ای با تزریق توسط یک مهندس همانند معالجه یک بیمار توسط پزشک است .

همانطوریکه یک پزشک برای معالجه ، با شناخت کامل وضع بیمار و اطلاع از داروها اقدام می‌نماید ، بنابراین یک مهندس هم با آشنائی کامل به وضعیت و مشخصات زمین منطقه و توجه به خاصیت هر دوغابی جهت بهسازی زمین اقدام به تزریق نموده و دراین کارباید برای شناخت کامل از وضعیت زمین با نمونه برداریهای مختلف و آزمایشات ضروری و همچنین شناخت خواص انواع دوغابها و موارد کاربرد آنها با شم مهندسی خود و با توجه به هدفی که از نتیجه کار دارد اقدام نماید .

همانطوریکه در معالجه یک بیمار تجربه دید بیشتری به پزشک می‌دهد ، در تکنیک تزریق هم تجربه و کسب اطلاعات از تجارب ارزشمند سایر متخصصان مخصوصاً در کاربرد انواع دوغابها در زمینهای مختلف و همچنین اطلاع از موفقیت‌ها و یا عدم موفقیت‌های تزریق در خاک در پروژه‌های مختلف و بررسی علل آن برای یک مهندس طراح حائز اهمیت است .

فصل دوم اهداف ، مزایا و معایب تزریق سیمان تزریق در واقع پر کردن درزها ومنفذهای زمین منطقه‌ای با مواد سیالی که دوغاب نامیده می‌شود ، می‌باشد که بااجرای این عمل ، این امکان بوجود می آید که منطقه مورد نظر ، نفوذ ناپذیر و یا مقاوم گردد ،‌حال منطقه مذکور ممکن است شامل زمینهای سنگی شکسته ،‌زمینهای سنگی با درزهای بزرگ و یا زمینهای آبرفتی باشد .

ما ضمن بیان تکنیک کلی تزریق ، مراحل و شرایط کامل یک پروژه تزریق را از ابتدا تا مرحله عمل بازگو کرده ،‌بعلاوه سعی خواهیم کرد تا امکانات و تکنیک‌های تزریق در رسوبات آبرفتی را – که در مقایسه با تزریق در سنگ که یک تکنیک بهسازی شناخته شده‌ای است - شرح دهیم که در دو دهه اخیر بطور چشمگیری توسعه یافته و به جرات می ‌توان گفت که تزریق می‌‌تواند بعنوان تنها راه حل مناسب و اصولی برای فندانسیونهای غیر معمول باشد .

با توجه به مزایائی که تکنولوژی تزریق دارد نباید از معایب آن چشم پوشی کرد .

در اغلب حالات در مقایسه با سایر تکنیک‌ها ، تزریق یک راه حل کند می باشد .

همچنین ممکن است در بعضی موارد خاص مخارج هنگفتی را در بر داشته باشد ، زیرا که برای دستیابی به نتایجی با کیفیت بهتر ،‌نیاز به استفاده از دوغابهای مخصوص و اکیپ مجهز و متخصص می‌باشد .

مزایای تزریق را از نقطه نظر فنی و جنبه‌های اقتصادی آن باید مورد بررسی قرار داد .

مزایای اقتصادی تزریق باعث طرفداری و توجه شایان به این تکنیک در مقایسه با سایر تکنیک‌ها شده است .

بویژه وقتی که مشکلات تکنیکی خاصی نظیر موارد زیر وجود داشته باشد .

1- چنانچه لازمست فونداسیون طرحی پائین‌تر از سطح آبهای زیرزمینی خاکبرداری شود (فونداسیون های عمیق ،‌برای اجرای عملیات ساختمانی به مدت زمان زیادی نیاز دارند .) لذا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود تا جهت مقابله با نفوذ آب در یک منطقه درمقایسه با تخلیه آب توسط پمپ ، آب بندی محل با تزریق انجام گیرد .

2- وقتی اجرای یک پی مناسب خیلی مشکل باشد .

این مورد معمولاً در کارهای داخل شهر ، در تونلهای انتقال ،‌مجاری فاضلاب ،راههای زیرزمینی مترو و ...

پیش می آید .

3- وقتی ابعاد هندسی محل فندانسیون خیلی پیچیده باشد و شرایط مرزی و تشکیلات مختلفی از لحاظ جنس و از نظر زمین شناسی وجود داشته باشد .

4- وقتی ، وجود سازه‌هائی در مجاور فنداسیون جدید ، اجازه و امکان خاکبرداری در عمق‌های خیلی پائین را ندهد ( چرا که احتمال حرکت ،‌جابجائی و شاید هم ریزش فنداسیونهای موجود را موجب شود ) باید خاطر نشان کرد که تزریق عملی است که در آن مخلوطی بصورت دوغاب با فشار پمپ به فضاهای خالی خاک وارد شده و سپس این دوغاب در منافذ و درزهای خاک سفید می‌گردد .

در نتیجه این عمل مشخصات مکانیکی زمین اصلاح و بهبود یافته ( عمل تحکیم ) و یا نفوذ پذیری زمین نسبت به آب کاهش می‌یابد(آب بندی ).

از این تعریف علاوه بر موارد فوق سایر کاربردهای تزریق استنباط می‌گردد که عبارتند از : 1- غیر قابل نفوذ و آب بندی کردن یک قسمت مشخصی از خاک زیر یا اطراف یک سازه به منظور : الف : دستیابی به یک محیط ثابت و پایدار ، یا به یک دیواره‌ی آب بند با کیفیت بسیار بالا که بستگی به هدفی دارد که مدنظر است ( برای مثال در دیواره‌ی آب بند یک سد ، در قسمت‌های بالاتر دیواره از لحاظ عدم نفوذ پذیری کیفیت بالائی مدنظر است ، در حالیکه در قسمتهای پائین‌تر و عمیق ، کیفیت پائینی مورد نیاز بوده چرا که لایه‌های افقی طبقات زمین بعلت ایجاد افت در مسیر آب خطر نفوذ پذیری و تراوش را کاهش می‌دهد .) ب: دستیابی به یک محیط موقت ، یا آب بند با کیفیت خوب در اثناء‌ اجرای فنداسیون یک سازه ( بعنوان مثال ساخت یک صندوقه آب بند در آبرفتهای نفوذ پذیر در اثناء عملیات یک نیروگاه آبی و یا عملیات اجرائی فنداسیون یک سد انحرافی در عرض یک رودخانه‌ی بزرگ .) یک محیط آب بند ممکن است توام با زهکشی و تخلیه آب باشد که این روش اقتصادی‌تر از حالتی است که تزریق با کیفیتی بالاتر و بدون تخلیه آب انجام گیرد .

باتزریق ممکن است بمنظور کاهش نفوذ آب و یا جلوگیری از افت هوای فشرده و یا بخاطر جلوگیری از اختلاط آبهای آلوده یا شور با آب تمیز قابلیت نفوذ پذیری زمین کاهش یابد .

2- تحکیم زمین فنداسیون که ممکن است بخش معلومی از آن آب بندی شده یا نشده باشد .

با این عمل مقاومت خاک – به منظور امکان حفاری تونلها – افزایش می‌یابد و یا قدرت تحمل (‌ظرفیت باربری )‌خاک زیادشده و در نتیجه فنداسیون ساخت شده بر روی آن نشست بیش از اندازه نخواهد داشت .

ایجاد همگنی و یکنواختی که توسط تزریق در زمین بوجود می آید امکان خاکبرداری با ماشین آلات بزرگ را میسر می‌سازد که این روش یکی از دهها کاربرد جدید تکنیک تزریق در بین کاربردهای احتمالی در آینده است .

از کاربردهای خاص تزریق می‌توان به پر کردن فضاهای بزرگ زیرزمینی مناطق متروکه معدنی ، تزریق اتصالی ،بالا آوردن گل و لجن ،‌پر کرد ن ترک‌ها یا درزهای خیلی ریز در بتون ، ایجاد برآمدگی و گیرداری درجوانب و انتهای بست‌های مهاری اشاره نمود .

در موردتزریق در بتون که یکی از کاربردهای بسیار مهم تزریق است اشاره کوتاهی می‌نمائیم .

بلوکهای بتونی در سده‌های بتونی بعلت وجود درزهای عمودی و افقی (‌درزهای ساختمانی ) نسبت به هم دارای فواصلی می‌باشند .

این درزها بعد از اتمام زمان گیرش بتون ، حداقل یک میلی‌متر زیاد می‌شود .

برای اینکه سد بتواند تشکیل مجموعه واحدی را داده مخصوصاً در سدهای قوسی بتواند به حالت قوسی کار کند ، این درزها باید بوسیله‌ی تزریق پر گردد .

بدین منظور این درزها به سطح‌های متعددی تقسیم بندی شده و توسط شبکه لوله‌هائی مجهز به کلاپر پر می‌گردند .

درزبندی بین دو سطح متوالی و آب بندی سطوح تزریق در امتداد دیواره‌ی سد بوسیله‌ی نوارهای آب بند از جنس P.V.C انجام می ‌گیرد .

هر کلاپر با توجه به مشخصات سازنده آن دارای یک سطح تزریق است که بعنوان مثال به کلاپر مصرفی در سد قوسی کارده در مشهد می‌توان اشاره کرد که 12 متر مربع سطح تزریق را شامل می‌شود .

بطور کلی این عمل در اصطلاح مهندسین به درزگیری نیز مشهور است .

در هر شرایطی ،‌لازمست تکنیک تزریق مورد توجه خاص قرار گیرد و انتخاب آن به جای سایر راه‌حل‌ها باید با در نظر گرفتن ملاحظاتی نظیر هزینه طرح ، برنامه کار ، آسانی عملیات و بالاتر از همه ایمنی و پایداری طرح همراه باشد .

فصل سوم زمین‌های قابل تزریق سیمان در مورد اینکه چه نوع زمینهائی قابل تزریق هستند می‌توان به طور کلی زمینها را به دو گروه عمده طبقه‌بندی کرد : ( الف ) زمینهای سنگی ترک خورده و درزدار زمینهای آبرفتی با خاکهای دانه‌دار برای زمینهای سنگی ترک خورده و درزدار ، ایجاد نفوذ ناپذیری و تحکیم بطور کلی با تزریق مخلوط سیمان رقیق و با فشار زیاد حاصل می‌شود .

در این حالت درزها و شکافها در اثر فشار تا حدودی باز شده و در نتیجه دوغاب بآسانی در آنها نفوذ می کنند .

البته در درزهای ریز باید غلظت دوغاب سیمان خیلی رقیق باشد ( نسبت سیمان به آب کم باشد ) .

در نتیجه‌ی این عمل و تحت شرایط خوب ،‌تقریباً تمام درزهای سنگ وخاکهای چسبنده با توجه به دو عامل دوغاب رقیق و فشار متناسب امکان بهسازی خواهند داشت .

شرایط برای خاکهای دانه‌دار غیر چسبنده کاملاً متفاوت می باشد .

اگر خاکی دارای شن و قلوه سنگهای زیاد باشد ممکن است از دوغاب یا خمیر سیمان نیز استفاده شود اما در حالتی که خاک منطقه ریزدانه باشد (‌ ماسه و کوچکتر از آن ) دوغاب رقیق و فشار زیاد تزریق تاثیر کمی خواهد داشت .

این عدم تاثیر در حقیقت بدین علت است که دوغاب رقیق سیمانی آب خود راحین تماس با ماسه از دست داده و در نتیجه دوغاب بصورت یک مخلوط سفت در می آید و افزایش فشار نه تنها تاثیری در نفوذ دوغاب نخواهد داشت ،‌بلکه باعث ایجاد ترک خواهد شد .

برای بهسازی چنین خاکهائی لازمست که خاصیت دوغاب در چنین محیط‌هائی مورد بررسی دقیق قرار گیرد .

چنانچه خاصیت دوغاب برای خاکهائی که بهسازی می‌شوند در نظر گرفته نشود و از این اصل جدی غفلت گردد چه بسا ممکن است طرح به شکست و یا به هزینه‌های زائد غیر ضروری منجر شود .

ترزاقی و لاکروکس ،‌آیشی و گلسوپ ، کارون ،‌اسکمپتون ،‌کاتین برای هر نوع خاک دانه‌دار با استفاده از منحنی دانه‌بندی با نفوذ پذیری خاک ،‌ خاصیت بهینه‌ای برای دوغابهای مربوط ارائه داده‌اند .

کمب فورت و کارون این محدودیت‌ها را با استفاده از قطر منفذهای خاک تعیین کرده‌اند .

جداولی که براساس تجربیات و نظرات افراد مختلف بدست آمده معمولاً با پیدایش دوغابهای جدید و حذف دوغابهای قدیمی مورد اطلاع و تجدید نظر قرار گرفته است .

درجدول (2) لیست دوغابهائی که بطور گسترده رایج ومورد استفاده است ، آورده شده است .

که بعضی از دوغابها از نظر فنی و یا از جنبه‌ی انحصاری عمداً حذف شده چرا که بعضی از این دوغابها هرگزاز مرحله‌ی آزمایشگاهی فراتر نرفته است .

البته جداول دیگری که بیانگر انواع دوغابها و خواص آنهاست ذکر خواهد شد .

اغلب هر شرکت دست‌ اندرکار تزریق ، دوغابهائی بطور انحصاری در اختیار داشته و یااینکه سازندگان اینگونه دوغابها آنها را بصورت کد و یا با نام تجارتی عرضه می‌کنند و یا هر شرکتی به لحاظ مخفی نگه‌داشتن فرمول دوغابها ، آنها را فقط در طرحهای مورد مورد استفاده قرار می‌دهد .

برای هر نوع دانه‌بندی خاک یک یا چندین نوع مواد مناسب وجود دارد که امکان تزریق تحت بهترین شرایط فنی و اقتصادی را داراست .

پیشرفتهائی که در امر ساختن دوغابهای شیمیائی در ده سال اخیر انجام یافته امکان بسته شدن تمامی درزها و شکافهای خیلی ریز را میسر ساخته است .

دوغابهای جدید عمدتاً برای بهسازی خاکهای کم نفوذ ساخته شده‌اند .

بجز حالتهای استثنائی مانند خاکهای هموژن ، که برای اینحالت فقط و باید اپتیمم دوغاب در جدول را انتخاب کرد و این انتخاب زمانی لازم است که بعلت کاهش چشمگیر در قابلیت نفوذ دوغاب اقدام به اصلاح و یا تغییر خاصیت دوغاب نموده و یا دوغابهای پرنفوذ انتخاب نمائیم .

غالباً می‌توان از سه یا چهار نوع دوغاب در یک ناحیه تزریق استفاده نمود .

چون بعضی قسمتها نیاز به استفاده از دوغاب هائی با مقاومت‌های متفاوت یا زمانهای گیرش مختلف دارند .

چون بعضی قسمتها نیاز به استفاده از دوغابهائی با مقاومت‌های متفاوت یا زمانهای گیرش مختلف دارند .

جدول 2 بعلت این نیاز تعداد فرمولهای مورد استفاده ، بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته که استفاده سیستماتیک از دستگاههای اتوماتیک ،‌ساخت و تهیه مشکلترین دوغابها را آسان کرده است .

چنانچه تزریق یک نوع دوغاب خاص بی‌تاثیر باشد یا دوغاب زیادی مصرف گردد ، لازم است که عملیات بمنظور بررسی امر متوقف گردد .

بعنوان نمونه عملیات پرده تزریق سد میسون بر روی رودخانه ی بریج در کانادا را می‌توان نام برد .

این پرده تزریق قابلیت نفوذ محل را 500 برابر کاهش داد .

با نصب یکسری پیزومتر در طرفین پرده تزریق مشاهده شد که قابلیت نفوذ پذیری در رابطه با حجم‌های تزریق شده ، بوده است .

در نتیجه نسبت Kn/Kn+1 بدست آمد که در آن Kn ضریب نفوذ پذیری خاک بعد از تزریق حجم n و Kn+1 ضریب نفوذ پذیری حجم n+1 بود ،‌و میزان دوغاب تزریقی در هر دفعه برابر 7000 متر مکعب بود .

نتایج حاصل در رابطه با نسبت Kn/Kn+1 در شکل (7) نشان داده شده ومشاهده می‌شود که بعد از هر تزریق کاهش در نفوذ پذیری خیلی خیلی ناچیز و کم می باشد .

با جانشینی دوغاب خیلی رقیق (‌رس معلق ) به جای دوغاب رس – سیمان افزایش زیادی در قابلیت نفوذ ناپذیری بدست آمد .

اما چنانچه قصد داشته باشیم چه بمنظور ساخت یک کف غیر قابل نفوذ و یا هم سطح کردن یک ساختمان موجود ، به بالا بردن زمین ناحیه‌ای اقدام نمائیم استفاده از یکسری دوغابهای خیلی خیلی رقیق و آبکی در خاکهای آبرفتی نه تنها ضرورتی ندارد بلکه مناسب نمی باشد ( بالا آوردن زمین به طریقه ایجاد فشار رو به بالا در زمینهای نامناسب نظیر زمینهای لجنی ، باتلاقی و ...) یک مثال نمونه برای کف غیر قابل نفوذ که توسط تزریق انجام شد ، عملیات ساختمانی صندقه آب بند برای نیروگاه برق – آبی در دره‌ی راین می باشد که بعداً شرح مبسوطی از آن ارائه خواهد شد .

در محل این نیروگاه چهاردیوار حفاظ ( بوسیله‌ی تزریق و یا دیافراگم درجا ) باید ایجاد می‌شدو این چهار دیوار غیر قابل نفوذ جهت ایجاد یک صندوقه آب بند می‌بایستی به یک کف غیر قابل نفوذ اتصال می‌یافت ، ولی از آنجائی که لایه تحتانی غیر قابل نفوذ طبیعی ، در عمق خیلی زیادی قرار گرفته بود ، لذا به یک کف افقی غیر قابل نفوذ ، تزریقی اتصال یافت .

برای این کف غیر قابل نفوذ ، عملیات تزریق فقط با یک نوع دوغاب غلیظ و بینگ هامین (‌رس – سیمان ) انجام یافته و به مقدار زیادی تزریق شد ، تا ترک‌های افقی در سطح زمین ایجاد شود .

این ترک‌ها کاملاً مفید بوده چرا ، که در نتیجه آن زمین حدود 20 سانتی‌متر بلند شد ، و قابلیت نفوذ پذیری عمودی عملاً صفر گردید .

هر چند که در محدوده کامل دوغابهای نیوتنی و بینگ‌هامین اشباع کل خاک بوجود نیامد .

فصل سوم روشهای تزریق بطور کلی تزریق عملی است که در آن با استفاده از فشار، درزها و منفذهای ناحیه غیر قابل دسترسی در عمق زمین توسط دوغاب یا دوغابهائی پر می شود که انتقال دوغاب از طریق لوله های مخصوصی که به همین منظور جاسازی شده است، انجام می گیرد.

از زمان پیدایش این تکنیک، روشهای مختلفی برای تزریق وجود داشته و در حال حاضر نیز از روشهای پیشرفته تری استفاده می شود.

در رابطه با فشار تزریق، طبق نظریه کمب فورت بخاطر اینکه در حین اعمال فشار بلوکهای بتونی روی ناحیه تزریق بلند نشود، دو روش زیر پیشنهاد میگردد: الف- تزریق با فشار متوسط بدون خراب کردن پی یا تزریق نفوذی ب- تزریق با فشار زیاد با شکستن بیشتر شکافها یا تزریق جابجائی که شرح کلی هر کدام از این روشها به شرح ذیل میباشد: الف: تزریق جابجائی این روش باعث شکافتن هیدرولیکی درزها شده و مخلوط رقیق دوغاب میتواند فشارهای هیدرولیکی را تا مدتی به درون شکستگی ها هدایت نماید.

در اثر این عمل مقداری آب از دوغاب تزریق شده به بیرون رسوخ کرده که پس از قطع فشار تزریق، درزها بسته شده و آب ساکن به بیرون هدایت می‌گردد.

در بعضی مناطق با شکستگی های ظریف و گاهی بدون شکستگی این روش موفقیت آمیز بوده در صورتیکه روش نفوذی این چنین نیست.

لذا در چنین مناطقی، در صورت نیاز باید دقت نمود که آیا برای تزریق سیمان بهترین ماده تزریقی است یا مواد دیگر.

تزریق جابجائی برای تزریق سطحی در زمین های سنگی مناسب نمی باشد، چرا که ممکن است در اثر فشارهای هیدرولیکی، لایه های زمین بلند شوند، از این رو لازم است روی سطح سنگها جهت ایجاد سربار اضافی و مخصوصاً پر کردن شکافها و درزها بمنظور جلوگیری از فرار دوغاب و افت فشار قبلاً بوسیله بتن پوشیده شود.

این روش در واقع باعث جابجائی شکستگی های طبیعی سنگها شده و اگر عمل تزریق بطور کامل و با دقت انجام شود، مسئله ای ایجاد نخواهد کرد و فقط ممکن است جابجائی مختصری بوجود آورد.

یک دوغاب با ویسکوزیته زیاد وقتی به داخل خاک وارد میشود فشار موضعی زیادی ایجاد میکند که باعث تراکم و تحکیم رسوبات و خاک میشود.

از این رو این تکنیک در ابتدا برای سیلت ها و سیلت های ماسه ای نرم و قابل تراکم مناسب بود.

بطور کلی تزریق جابجائی برای عمق های زیاد (بزرگتر از 5 متر) یک عمل غیر اقتصادی بوده و در بهبود مقاومت و سختی خاکهای سطحی بویژه وقتی وزن مرده مصالح روئی کم است، غیر موثر می‌باشد.

تزریق به روش جابجائی در خاکهای نرم هم ممکن است غیر موثر باشد.

اگرچه هزینه تزریق به روش جابجائی زیاد است اما هزینه های مصالح نسبتاً کم میباشد.

این روش همچنین میتواند یک راه حل ساده و مطمئن در زیر سازی و ترمیم فونداسیون سازه های سبک نظیر خانه های مسکونی و یا آپارتمانها باشد.

در چنین سازه ها در صورتیکه فنداسیون ستونها نشست نامساوی و زیادی کرده باشد، با کنترل دقیق فشار تزریق، می‌توان آنها را به حالت اولیه و یا تراز در آورد و به حداکثر اختلافی در حدود 3-4 میلی متر رساند.

تزریق جابجائی در چندین مرحله ممکن است اجرا شود و عمق هر مرحله معمولاً کمتر از 5/2 متر میباشد.

در این روش دوغاب مصرفی، مخلوطی از ماسه ریز و سیمان است که یک مخلوط لزج را تشکیل می دهد.

عمل تزریق با استفاده از فشاری بین 5/3 تا 35 کیلو گرم بر سانتی متر اجراء میشود.

فشار و دبی تزریق معمولاً از 03/0 متر مکعب در دقیقه به 05/0 متر مکعب در دقیقه افزایش می یابد.

میانگین افزایش وزن ظاهری خاک را با رابطه زیر میتوان نشان داد : که : W0= وزن دانه های جامد خاک V0= حجم اولیه آب V0= حجم کاهش یافته ناشی از تراکم بوسیله حجم دوغاب VU= حجم افزایش یافته ناشی از جابجائی سطح اگر تغییر حجم، ناشی از تحکیم خاک اشباع شده باشد وزن ظاهری نهائی برابر خواهد بود با : ب: تزریق نفوذی در این روش سعی بر این نیست که شکستگی های طبیعی جابجا شوند.

در این روش معمولاً فشار کمتر از 15/0 کیلوگرم بر سانتی متر مربع در متر طول گمانه میباشد و آب اضافی دوغاب از طریق شکافها به سمت بالا تراوش می کند.

امروزه اکثر تزریقات در دنیا با روش نفوذی انجام میگیرد.

تزریق جابجائی باعث ازدیاد تراوائی و در نتیجه موجب افزایش هزینه تزریق می‌گردد، در صورتیکه تزریق نفوذی برای هر نوع خاکی مناسب بوده و بندرت این روش با روش جابجائی عوض میشود.

در این روش برای اینکه از تراوش آب دوغاب جلوگیری شود شاید استفاده از دوغاب غلیظ راه حل مناسبی باشد.

دوغاب مناسب نقش موثری در تزریق نفوذی دارد.

اگر چنانچه سیمان ماده اصلی دوغاب باشد و سیمان در درزها سریع سفت شود، قدرت نفوذ دوغاب کم خواهد شد .

افزودن چند درصد بنتونیت سدیم نقش موثری در نفوذ دوغاب خواهد داشت.

البته گاهی از پلی مرها نیز استفاده می شود که باعث روانی دوغاب شده بطوریکه از درزهائی به عرض 3/0 میلی متر نیز میتواند عبور کند.

از این رو خاصیت سیالی نقش مهمی در قدرت نفوذ مواد تزریقی با نسبت 1:1 ایفاء میکند.

موثر ترین روش تزریق، ادامه تزریق تا حدی است که ناحیه تزریق دیگر دوغاب نپذیرد و بدین منظور باید حداقل به مدت 15 دقیقه فشار را روی ناحیه تزریق ادامه داد تا چنانچه کاهش فشاری مشاهده نشود از پر شدن درزها و منفذهای ناحیه مطمئن شد.

درکار تزریق اصولاً دو تا سه ساعت طول می‌کشد تا ناحیه تزریق دوغاب تحت فشار را نپذیرد ولی اغلب نیم ساعت ادامه فشار ثابت برای مطمئن شدن از عمل نپذیرفتن دوغاب کافی می‌باشد.

اگر درزها عریض باشند (مثلاً 3 میلی متر) از دوغاب غلیظ استفاده می شود.

در این وضعیت شاید بهتر باشد که برای تخلیه آب خروجی از سیمان عمل تزریق را 24 ساعت قطع و مجدداً اقدام به تزریق نمود.

وقتی شکستگی ها از 6 میلی متر بیشتر بوده و تا حدود 15 متر ادامه داشته باشند بجای آنکه بطور مداوم و متوالی عمل تزریق انجام شود، بهترین نتیجه وقتی حاصل میشود که عمل تزریق در چندین مرحله غیر متوالی انجام یابد و یا اینکه وقتی عیار دوغاب به مصرف بالائی مثلاً 100 کیسه رسید تزریق قطع گردد.

در هر فاصله ای باید آزمایش آب قبل از تزریق انجام بگیرد که می‌توان از روی آن نسبت (آب به سیمان) را تعیین نمود و همچنین می‌توان ملاحظه کرد که آیا آب از درزها خارج می‌شود یا نه؟

و آیا امکان حرکت صخره ها وجود دارد؟

که با تصمیم گیری به موقع و صحیح در حین عملیات، موفقیت پروژه تزریق را میتوان تضمین نمود.

ج: تزریق های مرحله ای بطور کلی، روشهای تزریق مرحله ای را میتوان به چهار گروه عمده طبقه بندی کرد: تزریق از بالا به پائین بدون پکر تزریق از بالا به پائین با پکر تزریق از پائین به بالا با پکر تزریق گردشی از بالا به پائین حال نحوه عمل هر کدام از روشهای تزریق مرحله ای را بازگو میکنیم .

1- تزریق از بالا به پائین بدون پکر برای تزریق با استاندارد بالا، روش تزریق بدون پکر توصیه میشود و تنها چیزی که لازم است تکرار حفاری و برقراری مجدد عمل تزریق می‌باشد.

در این روش، کیفیت تزریق قسمت های بالا تضمین می شود و اگر نقطه ضعفی وجود داشته باشد بطور اتوماتیک در تزریقات بعدی جبران می‌شود.

در ناحیه ای که منطقه، خاک نفوذ پذیر و آبرفتی دارد ممکن است همزمان با عملیات حفاری با دستگاه روتاری، عمل تزریق نیز انجام گیرد.

بدین نحو که در حین حفاری گمانه ها، هر وقت که میله حفاری به یک فاصله از پیش تعیین شده ای رسید، آن را تا یک ارتفاع معلوم بالا کشیده و سپس دوغاب از داخل میله حفاری به داخل خاک و با فشار زیاد تزریق میگردد.

در موقع تزریق، دهانه گمانه تزریق با یک حلقه مخصوصی درزگیری و کاملاً آب بندی می شود شکل (26).

2- تزریق از بالا به پائین با پکو روش عمل بدین نحو است که لوله ای را تا عمق کامل گمانه تزریق جاگذاری کرده و بعد با بالا کشیدن لوله در مراحل مختلف تا ارتفاع معینی در هر مرحله، دوغاب از انتهای داخلی این لوله تزریق می شود.

این روش فقط زمانی موثر است که دوغاب از طریق درزها به بالا نفوذ نکرده و دور لوله را نگیرد، در غیر اینصورت لوله در گمانه گیر خواهد کرد.

نقش لوله را در اینجا بعنوان حفاظ میباشد تا از ریزش احتمالی سنگ و یا قلوه سنگ در گمانه جلوگیری کند.

دوغاب از انتهای لوله که مجهز به پکر است خارج شده و پکر بطور اتوماتیک فاصله بین لوله تزریق و لوله حفاظ را به طریقه هیدرولیکی و یا هوای فشرده کاملاً آب بندی می کند تا از نفوذ دوغاب به بالای لوله جلوگیری کند شکل (ب-26).

قبل از تصمیم گیری برای استفاده از روش تزریق از بالا به پائین اگر سطح زمین ناحیه تزریق ضعیف باشد، چون امکان فرار دوغاب و یا ترک خوردگی در سطح زمین وجود دارد، قبل از شروع عملیات ، لازم است سطح منطقه تزریق به نحو مقتضی محکم گردد.

اما بطور کلی دلایل عمده در انتخاب این روش، که نسبت به روش تزریق از پائین به بالا گران است، عبارتند از : الف- وجود درزها و شکافهای زیاد و پیوسته در ناحیه تزریق.

ب- فرار آب در حین حفاری و در نتیجه احتمال سوختن سرمته دستگاه حفاری (– آب در حین حفاری علاوه بر خنک کردن سرمته های حفاری، سنگریزه های خرد شده را نیز با جریان برگشتی خود بالا آورده و گمانه را شستشو می دهد.) ج- احتمال گیر کردن میله و سرمته حفاری در نتیجه ریزش مصالح دور گمانه.

د- گیر کردن پکر در نتیجه بالا آمدن دوغاب و مسدود کردن بالای پکر.

ه- به علت خلل و فرج زیاد عدم امکان ایجاد فشار زیاد بمنظور نفوذ در سوراخها و منفذهای ریز .

و- فرار دوغاب تزریق و احتمال برون زدگی دوغاب از سطح زمین به علت ارتباط درزها تا سطح زمین.

و این عمده دلایلی است که در عمل، شخص طراحی را مجبور به انتخاب تزریق از بالا به پائین می کند.

3- تزریق از پائین به بالا با پکر در این روش بندرت کیفیت تزریق را میتوان تضمین کرد.

در این روش سعی می شود که قسمتهای فوقانی از فشار زیادی که به قسمتهای زیرین در حین تزریق وارد میشود حفظ گردد و از حرکت دوغاب به قسمتهای بالا بخصوص در پی ها جلوگیری شود، لکن، غالباً این عمل موفقیت آمیز نبوده و گاهی به علت درز کردن دوغاب و نفوذ آن به بالا، قسمت فوقانی پکر در داخل گمانه تزریق بوسیله، دوغاب پر می شود و در همانجائی که بسته شده، سیمانی گردیده و دوغاب نیز سفت شده و بیرون آوردن پکر مشکل و گاهی غیر ممکن می شود.

همچنین دوغاب از بین درزها به طرف بالا نفوذ کرده و فشار لازم که در ناحیه تزریق باید متمرکز شود، افت کرده و در نتیجه تزریق بخوبی در درزهای ریز نفوذ نخواهد کرد.

گرچه این روش ارزانترین روشهاست اما با محدودیتهائی همراه است.

بعبارت و لذا امکان پر شدن درزها و یا شکافها و در نتیجه آب بندی منطقه وجود نخواهد داشت و چون تزریق تحت فشارهای بالا انجام میگیرد حرکت دوغاب را به قسمتهای بالا آسانتر خواهد نمود.

در مناطق آبرفتی و سنگی تکتونیزه که در گمانه های آنها امکان ریزش ناگهانی وجود دارد این روش بدین صورت عملی نیست .

از این رو برای جبران این نقیصه عمده و اساسی، روش تزریق از پائین به بالا با لوله های حلقه دار آب بندی شده، ابداع شده که این لوله های حلقه دار با تیوب لاستیکی، تکمیل کننده این روش می باشد (شکل27).

شکل 27 تزریق از پائین به بالا الف) تزریق از داخل لوله حفاظ جداره گمانه (در زمینهای آبرفتی).

ب) تزریق توسط لوله تزریق با پکر (در زمینهای سنگی).

شکل 28 الف) تزریق از بالا به پائین یا از پائین به بالا در زمینهای آبرفتی توسط لوله های حلقه دار لاستیکی با پکر دوبل.

ب) تزریق از پائین به بالا در زمینهای آبرفتی یا سنگی خرد شده با استفاده از لوله تزریق بدون پکر و حفاظ پلاستیکی جدار چاه.

تزریق از لوله های حلقه دار آب بندی شده (با حلقه های لاستیکی) یک عمل چند مرحله ای است که امکان تزریق های متوالی و غیر متوالی و در زمانهای مختلف را در یک ناحیه تزریق کاملاً میسر می سازد شکل (28).

این روش شامل جاگذاری یک لوله حلقه دار در هر گمانه تزریق که قبلاً توسط قالب لوله ای و یا گل حفاری باز نگهداشته شده، می‌باشد.

دور تا دور این لوله ها بطور همیشگی با دوغاب درزگیر که ترکیبی از ملخوط رس و سیمان است آب بندی می‌شود که البته از سایر مواد نظیر مواد پلاستیکی مخصوصی که حالت الاستیک دارند نیز بطور وسیع استفاده می شود.

دوغاب درزگیر فضای بین لوله تزریق و جدارچاه تزریق را پر کرده تا علاوه بر محافظت گمانه از ریزش احتمالی، از فرار و بالا رفتن دوغاب در طول لوله جلوگیری کند.

این بدین معنی است که در اثر فشار، دوغاب تزریق فقط در جهت شعاعی رسوخ نموده و در خاک نفوذ خواهد کرد.

لوله های حلقه دار دارای یک تیوب فلزی یا پلاستیکی به قطر 1 تا 2 اینچ می‌باشد.

تیوبهای پلاستیکی به جهت آسان کردن حفاریهای بعدی، بیشتر از تیوبهای فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرند.